(57)【要約】【課題】  従来のインクジェットヘッドは、圧電素子と電極がパターニングされた基台の電気的接合の信頼性が低い。【解決手段】  本発明は、基台に固定した圧電素子の伸縮によりインク室を加圧してインク滴をノズルより吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記基台は個別電極に対応するパターン電極及び共通電極に対応するベタ電極が印刷されており、前記圧電素子と前記基台の間にはフィラー入りの樹脂材料が介在し、前記圧電素子の外部電極と前記基台のパターン電極及びベタ電極を導通させる電極が、前記樹脂材料を介していることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台に固定した圧電素子の伸縮によりインク室を加圧してインク滴をノズルより吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記基台は個別電極に対応するパターン電極及び共通電極に対応するベタ電極が印刷されており、前記圧電素子と前記基台の間にはフィラー入りの樹脂材料が介在し、前記圧電素子の外部電極と前記基台のパターン電極及びベタ電極を導通させる電極が、前記樹脂材料を介していることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
基台に固定した圧電素子の伸縮によりインク室を加圧してインク滴をノズルより吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記基台は個別電極に対応するパターン電極及び共通電極に対応するベタ電極が印刷されており、前記圧電素子と前記基台の間には少なくとも２つの成分からなる樹脂材料が介在し、前記圧電素子の接合する面積よりも広い面積に形成され前記圧電素子の外部電極と前記基台のパターン電極及びベタ電極を導通させる連絡電極が、前記樹脂材料を介していることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記圧電素子の外部電極と前記連絡電極が、同一工程で作製された同一の部材であることを特徴とする請求項１または２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記電極パターン及びベタ電極はＡｇなどの導電性部剤をスクリーン印刷で、前記外部電極と前記連絡電極はＣｒ／Ｎｉ／Ａｕをスパッタリングで作製したことを特徴とする請求項１または２記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
基台に固定した圧電素子の伸縮によりインク室を加圧してインク滴をノズルより吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記基台は個別電極に対応するパターン電極及び共通電極に対応するベタ電極が印刷する工程と、前記圧電素子と前記基台をフィラー入りの接着剤で接合する工程と、前記基台と前記圧電素子の所定の位置をマスキングしてスパッタリングまたは蒸着により電極を形成する工程と、前記圧電素子をノズルにあわせて歯割する工程と、からなるインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッドに関し、より詳細には硬化前後で形状が変化しにくい接着剤を用いたインクジェットヘッド及び、その製造方法に関する
【背景技術】
【０００２】
従来のインクジェットヘッドの製造方法を図１４を用いて説明する。図１４において、バルク状の圧電素子３６を固定台に接合した後、ダイシングソーなどで切断して複数の圧電素子３６と基台３７の組部品を作製する。次にそれぞれに対し、スパッタ等により選択的に個別電極３８と共通電極を形成する。そして、圧電素子３６を切断して、複数の振動子を形成することにより駆動ユニットを完成させる。ここで、電極３８は圧電素子３６と基台３７の連続した面に形成されることになる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、圧電素子と基台の電極パターンの形成を蒸着で行なう方法も知られている。図１５により本製造方法を説明する。本方法は、外部電極４０が形成された圧電素子３６と基台３７を接合した後、スパッタにより、基台３７の電極パターン３８の形成及び、圧電素子の外部電極４０との導通を図るものである（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３２８６７９号公報
【０００５】
【特許文献２】特開平７−１５６３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の従来技術では、ダイシング等によって切り分けることにより段差なく電極３８を形成しやすいが、このような工程では接合部の信頼性が重要となる。すなわち、圧電素子３６と基台３７を接合する接着剤の気泡や、ダイシング時に発生するチッピング（欠け）などにより、非連続面となりやすい。一般的な電極形成方法であるスパッタリングは膜厚が１μｍ以下であるのに対し、気泡や欠けは数ミクロンから数十ミクロン以上であるので、電極３８導通の信頼性は低下してしまう。さらに、接合部が非連続の場合は、さらに電気的信頼性が低下する。また、境界に導電ペーストの塗布や銀箔等の接合により電気的信頼性の向上を唱っているが、このような作業は組立の効率を著しく低下させることになる。この場合、個別電極の形成にエッチングを用いているが、圧電素子３６を接合した状態でエッチングした場合、圧電素子３６の内部電極がエッチング液により劣化してしまう。また、圧電素子３６と基台３７が非連続の場合、エッチングのマスキングが困難である為、このような方法を取ることが出来ない。
【０００７】
一方、特許文献２の従来技術では圧電素子３６と基台３７の接合部に数ミクロンの隙間が発生し易く、蒸着のみの導通の確保は困難であると言わざるを得ない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、台に固定した圧電素子の伸縮によりインク室を加圧してインク滴をノズルより吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記基台は個別電極に対応するパターン電極及び共通電極に対応するベタ電極が印刷されており、前記圧電素子と前記基台の間にはフィラー入りの樹脂材料が介在し、前記圧電素子の外部電極と前記基台のパターン電極及びベタ電極を導通させる電極が、前記樹脂材料を介することによって解決される。
【０００９】
また上記課題は、基台に固定した圧電素子の伸縮によりインク室を加圧してインク滴をノズルより吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記基台は個別電極に対応するパターン電極及び共通電極に対応するベタ電極が印刷されており、前記圧電素子と前記基台の間には少なくとも２つの成分からなる樹脂材料が介在し、前記圧電素子の接合する面積よりも広い面積に形成され、前記圧電素子の外部電極と前記基台のパターン電極及びベタ電極を導通させる連絡電極が、前記樹脂材料を介することによって解決される。
【００１０】
前記圧電素子の外部電極と前記連絡電極が、同一工程で作製された同一の部材であり、及び前記電極パターン及びベタ電極はＡｇなどの導電性部剤をスクリーン印刷で、前記外部外部電極と前記連絡電極はＣｒ／Ｎｉ／Ａｕをスパッタリングで作製される。
【００１１】
さらに上記課題は、基台に固定した圧電素子の伸縮によりインク室を加圧してインク滴をノズルより吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記基台は個別電極に対応するパターン電極及び共通電極に対応するベタ電極が印刷する工程と、前記圧電素子と前記基台をフィラー入りの接着剤で接合する工程と、前記基台と前記圧電素子の所定の位置をマスキングしてスパッタリングまたは蒸着により電極を形成する工程と、前記圧電素子をノズルにあわせて歯割する工程とによって製造することによって解決される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基台は個別電極に対応するパターン電極及び共通電極に対応するベタ電極が印刷されており、圧電素子と基台の間にはフィラー入りの樹脂材料が介在し、圧電素子の外部電極と基台のパターン電極及びベタ電極を導通させる電極が、樹脂材料を介しているので、外部電極とパターン電極またはベタ電極と高い信頼性を持って電気的な接合を行なうことが出来、組立効率も向上する。また、複数の樹脂材料を混合した接着剤を用いることにより、フィラーよりムラのない樹脂層を作製することが出来る。また、外部電極と連絡電極を同時に作製するので組立コストを低下することが出来る。さにに、基台の電極材料をＡｇとし、スクリーン印刷で形成するので比較的安く密着強度が高い電極を形成でき、圧電素子と基台の電極との連絡もスパッタリングで行なうので、電気的信頼性が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
圧電素子と電極がパターニングされた基台の電気的接合の信頼性を向上させることを実現した。
【実施例】
【００１４】
発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本実施励を示すインクジェットヘッドの斜視図である。また図２はその断面図を示す。図１は、本発明による第一の例となるインクジェットヘッドの構造を示す分解斜視図であり、図２（ａ）は組み上げた状態における側面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の断面図である。
【００１６】
図１、図２において、本ヘッドは大きく分けて駆動ユニット１６と流路ユニット３３の２つに分けられる。駆動ユニット１６は、変位発生源である圧電素子１、圧電素子１を保持する基台３、基台３に貼り付けられ個別電気経路と共通電気経路を形成し、駆動ユニット１６と電気信号のコントロール部とを接続するＦＰＣ５からなる。
【００１７】
圧電素子１は、内部電極と圧電体を交互に積層して作製されており、細長い板状のバルク材として生成される。積層型圧電素子１は分極方向によりｄ３１型やｄ３３型がありいずれを使用してもよい。なお、本例ではｄ３３型を用いている。
【００１８】
圧電素子１の両側面には内部電極と繋がる外部電極が設けられる。本実施例では、基台３との接合後に外部電極を形成する。
【００１９】
図３は基台３を示し、基台３は圧電素子１の一端を接着剤等により接合して固定する役割を持ち、そのため、接合面である板の外周部は高い平面度で加工されている。また、圧電素子１の当接面６と反対側の面を加圧面７として組立時に駆動ユニット１６を加圧する基準面として使用するため、平行度も非常に高い。基台３の材質は、アルミナセラミックを用いている。これは、熱膨張係数が圧電素子１に近いので比較的高い温度で接合が出来ること、絶縁性であるので電気配線が容易なこと、加工性が良く精度が高いこと、などから用いている。なお、熱膨張係数を合わせる為、窒化ケイ素を用いる場合もある。また、基台３には長手方向両端に振動子位置決め穴４が設けられている。流路ユニット３３との位置決め時に用いる。
【００２０】
基台３には予め電極がパターニングされている。一面には個別電極に対応するパターン電極１１が、その裏面には共通電極に対応するベタ電極１２が形成される。電極の形成にはスクリーン印刷を用い、電極材料としてはＡｇなどを用いている。パターン電極１１は振動子位置決め穴４に対して配列される。スクリーン印刷は電極を７００℃近い温度で焼結させる為、圧電素子１を接合した状態では不可能であるが、安価で密着強度が非常に高いので本実施例ではこれを採用している。
【００２１】
駆動ユニット１６の組立方法を順を追って説明する。まず、図４に示すように基台３の当接面にフィラー入りのシート状接着剤８を貼り付ける。これはフィラーにより接着剤硬化時に流れ出しの発生が殆ど無い。ここでは一液性のエポキシ接着剤を主成分としたものを用いており、フィルムに均一に塗布されている。常温ではフィルムから接着剤が剥がれず、熱と温度によりフィルムから被接合部材に接着剤を転写することが出来る。フィルムには離型材が塗られており、綺麗にはがすことが出来る。貼り付けは、接合する圧電素子１の面積よりも広い面積のシート状接着剤８を用い、所定の位置に配置して行なう。温度は約９０℃程度で加圧して行なう。これを仮接着と呼び、フィルム上の接着剤を被接合部材に転写する工程である。仮接着後、フィルムを剥がすと、基台３には均一な接着層８が形成される。
【００２２】
次に、図５のように板状の圧電素子１のブロックを、シート状接着剤８のほぼ中央に位置決めし、１８０℃程度に加熱し、さらに加圧して接合する。これを本接着と呼ぶ。このようにして、図６のようにシート状接着剤８が圧電素子１と基台３を連続的に結ぶように接着剤を形成することが出来る。
【００２３】
接合後、圧電素子１の上面を研磨して、加圧面との平行を出す。ここでは、研磨により行なうが、それ以外にも、ダイシングにより平行を出す方法もある。
【００２４】
次に、圧電素子１の外部電極の形成、及び基台３のパターン電極１１及びベタ電極１２と圧電素子１の外部電極１３を導通する連絡電極１４の形成を行なう。ここでは、これをスパッタリングで行なうが、真空蒸着でも可能である。
【００２５】
まず、パターン電極１１とベタ電極１２を図７のように一部分だけ表に出るようにマスキングする。また、圧電素子１の頂面と加圧面も同様にマスキングする。マスク３６は金属を用いているが、ポリイミドテープでも良い。
【００２６】
マスキングした後、スパッタリングを行なう。ここでは電極材として、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕの３層構造を用いている。スパッタによりベタ電極１２とパターン電極１１の最外パターンが当接面を介して導通される。これによりパターン電極１１面に個別電極と共通電極を配置することが出来る。
【００２７】
ここで、圧電素子１に予め電極を形成した状態で接合しても良い。この場合、スパッタの膜厚をうまく制御する必要がある。外部電極１３が厚く成り過ぎるとダイシング時に電極が捲れやすくなるからである。
【００２８】
スパッタ後、マスク３６を剥がしてダイシングにより所定のピッチで圧電素子１の分割を行なう。図８に加工後の状態を示す。ここで、切断する深さは先ほどマスキングしたラインまで入り込むように行ない、パターン電極１１がそれぞれ分割するようにする（図８右側）。分割後、ノズルと同じ数の振動子２だけ残し、両端の残部は取り除く。
【００２９】
次に、ＦＰＣ５を基台３のパターン電極１１面に貼り付ける。図１０にその状態を示す。ＦＰＣ５はポリイミド９−銅線１０−ポリイミド９の３層からなり、銅線１０はノズルピッチにあわせてパターニングされている。中央部には個別電極用パターンが並び、その両端には共通電極用パターンが形成されている。異方性導電接着剤によりそれそれの電極を接合する。
【００３０】
接合後、分極処理を行なうことにより、圧電素子１を変位可能な状態にする。接合して分割後に分極処理することにより、圧電素子１の反りやウネリを抑えることが出来る。
【００３１】
以上により駆動ユニット１６を形成する。
【００３２】
続いて、流路ユニットの製造方法について説明する。図１１に示すように、流路ユニットは、ノズルプレート１８、チャンバープレート２０、ダイアフラムプレート２４からなるインク流路部２９と、インク流路部２９を固定する固定板３０（図１１参照）から形成される。各プレートはそれぞれに設けられている流路ユニット位置決め穴１７（ａ）〜（ｃ）により位置決めされる。また、各プレートのノズル列の両端付近には駆動ユニット１６を位置決めする駆動ユニット位置決め穴２６が設けられている。
【００３３】
ノズルプレート１８は、インク吐出口であるノズル１９を有し、インク吐出面には撥インク処理が施されている。材質はＳＵＳ３０３が好ましく、プレス加工により個々のノズル１９が作製される。
【００３４】
チャンバープレート２０は、ノズル１９に連通する圧力室２１と、インク溜めであるマニホールド２３、圧力室２１とマニホールド２３を結ぶリストリクタ２２が形成されている。材質にはシリコンが用いられており、ウェットエッチング、またはドライエッチングにより夫々の部位を形成する。各プレートの駆動ユニット位置決め穴２６の中で、この穴が一番小さくなるように設計される。これにより、圧力室と駆動ユニット１６の位置関係が正確に出し易くなる。
【００３５】
ダイアフラムプレート２４は、圧力室２１の一側壁をなす振動板２５と、マニホールド２３へインクを導入するインク導入孔２７、マニホールド２３内のインク変動を吸収するダンパー２８が形成されている。ダイアフラムプレート２４は金属と樹脂を張り合わせて形成し、金属にはＳＵＳ３０３、樹脂にはポリイミドフィルムが用いられている。金属と樹脂を張り合わせた後、金属面の所定部分をエッチングにより取り除き、金属の枠部に囲まれた振動板２５やダンパー２８を形成する。
【００３６】
インク流路部２９の組立では、ノズルプレート１８、チャンバープレート２０、ダイアフラムプレート２４をそれぞれシート状の接着剤で接合する。それぞれの接着層は２〜３μｍ程度である。
【００３７】
続いて、図１２に示すように、インク流路部２９を形成した後、固定板３０を接合する。固定板３０はインク供給路３１と駆動ユニット１６１５が貫通する貫通孔３２を有し、インク流路部２９と接合する面は高平面度加工が施されている。材質はアルミナセラミックであり、これは駆動ユニット１６の電極との導通を回避するために用いている。固定板はインク流路部２９に比べ非常に厚い形状のため、高い剛性を有している。よって、インク流路部２９との接合時に、インク流路部２９に発生する反りやうねりは固定板３０の剛性により矯正される。貫通孔３２の大きさは駆動ユニット１６が接触しない程度の大きさである。これは、駆動ユニット１６と固定板３０が接触又は接合することにより傾きが発生し、インク吐出特性を著しく低下させるためである。以上の工程により流路ユニット３３が形成される。
【００３８】
駆動ユニット１６と流路ユニット３３はそれぞれ別々の工程で組立られるため、組立順序はどちらが先でも構わない。
【００３９】
続いて、各ユニットの接合を行なう。接合は接着剤を用いて転写法により行なわれる。接着剤には、ここでは高強度の弾性接着剤であるＥＰ００１（セメダイン社製）を用いている。接着剤の転写は、ここでは高平面な板に接着剤を塗布して振動子を突き当てるように行なっている。
【００４０】
転写後、図１３に示すように、駆動ユニット１６を流路ユニット３３に接合する。転写する前に、平面度の高い位置決め治具３５に位置決めピン３４を立て、駆動ユニット位置決め穴２６にピン３４を通して流路ユニット３３を固定しておく。次に転写した駆動ユニット１６について、振動子位置決め穴４を位置決めピン３４を通して流路ユニット３３に挿入し、突き当てる。突き当たった後、加圧面７を押圧して加熱硬化する（（ｂ）の工程）。そして、位置決めピン３４を抜き、駆動ユニット位置決め穴２６を接着剤等で塞ぐ。以上によりヘッドが完成する。
【００４１】
以上のような工程でインクジェットヘッドを組立てることにより、駆動ユニット１６作製時における電極形成時の導通の信頼性が向上し、且つ組立プロセスを簡素化することが出来る。また、圧電素子１と基台３の接合部が連続した面でなくても、連続的な電極形成が可能となる。シート状接着剤８を用いたことにより、液状の接着剤に比べ厚みバラツキ、ロットバラツキが少なく、塗布面積も容易に制限できる。
【００４２】
次に、本発明の他の例について説明する。本例では、材質の異なる２種類のエポキシ樹脂により圧電素子１と基台３を接合する。ここでは高分子と低分子のエポキシ樹脂を混合して作られた一液性の接着剤であり、フィラー入りと同様に高分子接着剤が加熱による接着剤の流れ出しを防いでいる。これは、前述のフィラーに比べ分布が少なくより均一な接着層を確保することが出来る。
【００４３】
接合方法・組立方法は全く同じである。ここでも加熱は仮接着９０℃、本接着１８０℃で行なった。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のインクジェットヘッドの分解斜視図。
【図２】本発明のインクジェットヘッドで、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のｙ−ｙ断面図である。
【図３】本発明の実施例における部品の形態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のｘ−ｘ断面図である。
【図４】本発明の実施例における駆動ユニットの組立途中の形態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のｘ−ｘ断面図である。
【図５】本発明の実施例における組立途中の駆動ユニットの細部を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のｘ−ｘ断面図である。
【図６】本発明の実施例における組立途中の駆動ユニットの断面図である。
【図７】本発明の実施例における駆動ユニットの組立途中の形態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のｘ−ｘ断面図である。
【図８】本発明の実施例における駆動ユニットの組立途中の形態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のｘ−ｘ断面図である。
【図９】本発明の実施例における駆動ユニットの組立途中の形態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のｘ−ｘ断面図である。
【図１０】本発明の実施例における駆動ユニットの組立後の形態を示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施例における流路ユニットの組立途中の形態を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施例における流路ユニットの組立後の形態を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施例における駆動ユニットと流路ユニットの接合状態を示し、（ａ）は駆動ユニットを流路ユニットに接合前、（ｂ）は同接合後を示す断面図である。
【図１４】従来例を示す斜視図である。
【図１５】従来の他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１は圧電素子、２は振動子、３は基台、４は振動子位置決め穴、５はＦＰＣ、６は当接面、７は加圧面、８はシート状接着剤、９はポリイミド、１０は銅線、１１はパターン電極、１２はベタ電極、１３は外部電極、１４は連絡電極、１５はマスク、１６は駆動ユニット、１７は流路ユニット位置決め穴、１８はノズルプレート、１９はノズル、２０はチャンバープレート、２１は圧力室、２２はリストリクタ、２３はマニホールド、２４はダイアフラムプレート、２５は振動板、２６は駆動ユニット位置決め穴、２７はインク導入口、２８はダンパー、２９はインク流路部、３０は補強板、３１はインク供給路、３２は貫通孔、３３は流路ユニット、３４は位置決めピン、３５は位置決め治具である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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